KR20160107893A - 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조방법 및 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 경화성 수지층에 형성된 음각패턴 내부에 도포되는 전도성 페이스트의 충진성을 높여 미세한 전극패턴을 형성시킴으로써 시인성과 전기적 특성이 향상되는 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 투명유연전극을 제조하는 방법에 있어서, 기판상의 음각패턴이 형성된 경화성수지층 상부 표면에 전도성 페이스트를 도포한 후, 상기 경화성수지층의 표면을 스크러빙(scrubbing)하여 상기 전도성 페이스트를 상기 음각패턴의 내부에 충진함과 동시에 상기 경화성수지층상의 잔존전도성 페이스트를 제거하여 투명유연전극을 제조하는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조방법 및 제조장치를 기술적 요지로 한다.

Description

전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조방법 및 제조장치{Manufacturing method and apparatus of transparent flexible electrode using a conductive paste}
본 발명은 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 경화성 수지층에 형성된 음각패턴 내부에 도포되는 전도성 페이스트의 충진성을 높여 미세한 전극패턴을 형성시킴으로써 시인성과 전기적 특성이 향상되는 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로 투명전극이란 광 투과성과 전도성이 높은 전극으로써, 가시광선 영역의 빛에 대해서는 투과성이 높으며, 낮은 비저항의 성격을 가지는 전극을 의미한다.
이러한 특성을 가진 투명전극은 플렉서블 디스플레이(Flexible Display), OLED TV, 태양전지 등에 주로 사용되고 있는데, 최근 스마트폰의 수요급증으로 터치스크린에 대한 기술산업이 활발하게 확장되고 있는 추세가 지속됨에 따라 투명전극에 대한 관심도가 집중되고 있는 시점이다.
더불어, 투명유연전극은 유연성을 가지는 기판상에 형성시키는 전극을 의미하는 것으로, 투명전극과 마찬가지로 높은 전도도, 가시광 영역에서의 높은 투과도 및 높은 유연성으로 인하여 플렉서블 정보전자 기기 등의 전극으로도 응용이 가능하다.
상기한 투명유연전극과 관련된 종래 특허는 다수 출원되어있으며, 특히 '터치 패널의 투명전극 필름 및 그 제조 방법(출원번호:10-2012-0048995)'에서는 기판과, 수지층과 상기 수지층에 형성되는 전극 패턴부(즉, 전극 패턴부는 수지층의 표면에 형성된 음각패턴에 금속 재료를 충진시켜 형성된다.)와, 기판의 양면에 각각 형성되는 센서전극층을 구성함으로써 터치 패털용 투명유연전극 필름을 제공하고자 하였다.
그러나, 금속 재료 충진시 3 ㎛ 이하의 미세한 음각패턴에 적용하기에는 금속 재료의 가격 상승 및 전기적 저항의 특성 저하가 유발될 수 있다는 문제점이 있었을 뿐만 아니라 센서전극층 표면의 잔여 금속 재료를 처리하기 위한 방안이 미흡하다는 문제점이 있었다.
또한 '고효율 태양전지 전면 전극의 제조 방법(출원번호:10-2010-0048962)'에서는, 음각패턴이 각인되어 있는 몰드에 페이스트를 충진하는 단계, 페이스트를 건조시킨 후 점착 필름을 접촉시켜 몰드로부터 페이스트를 전사하는 단계, 페이스트가 반도체 기판을 향하도록 점착 필름을 반도체 기판상에 부가하는 단계, 점착 필름을 반도체 기판상에 직접 전사한 후 전사된 페이스트를 소성하는 단계를 거쳐 전면 전극을 형성하고자 하였다.
하지만, 최근 시인성 향상을 위해 투명유연전극의 전극패턴이 점차 미세화되고, 전기적 특성 향상을 위해 전극패턴의 세장비(패턴의 폭 대비 높이비)가 점차 높아지고 있는 시점에서, 종래의 페이스트 충진 기술로는 상기한 기술 경향을 만족시키지 못하고 있는 실정이다.
따라서, 전기적 특성과 시인성이 향상된 미세 선폭의 전극패턴을 가진 투명유연전극의 광범위한 상용화를 달성할 수 있는 새로운 기술개발 연구가 요구되는 시점이다.
KR 10-2013-0125469 A KR 10-1143295 B1
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 음각패턴 내부에 도포되는 전도성 페이스트의 충진성을 높여 미세한 전극패턴을 형성시킴으로써 시인성 및 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조방법 및 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조방법은 기판의 상부에 경화성수지층을 형성시키는 수지층 형성단계; 상기 경화성수지층에 음각패턴을 형성시키는 패턴 형성단계; 상기 음각패턴이 형성된 경화성수지층의 상부에 전도성 페이스트를 도포하는 페이스트 도포단계; 상기 전도성 페이스트가 도포된 경화성수지층을 건조시키는 건조단계; 상기 건조된 경화성수지층의 표면을 스크러빙(scrubbing)하여 상기 전도성 페이스트를 상기 음각패턴의 내부에 충진함과 동시에 상기 경화성수지층상의 잔존전도성 페이스트를 제거하여 투명유연전극을 제조하는 투명유연전극 형성단계; 및 상기 투명유연전극을 소성시키는 소성단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 투명유연전극 형성단계는, 상기 건조된 경화성수지층상의 전도성 페이스트가 상기 음각패턴의 내부에 충진되도록, 상기 경화성수지층의 표면을 1차 스크러빙(scrubbing)하는 1차 충진단계; 및 상기 1차 스크러빙(scrubbing)된 경화성수지층상의 잔존전도성 페이스트가 상기 음각패턴의 내부에 재충진되어 전극패턴을 형성하도록, 상기 경화성수지층의 표면을 2차 스크러빙(scrubbing)하는 2차 충진단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 스크러빙(scrubbing)은, 솜, 브러시, 청정실(Clean room)용 와이퍼(Wiper) 및 PVA 스펀지 중 어느 하나 이상을 사용하여 실시하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 페이스트 도포단계의 전도성 페이스트는, 전도성 재료 50~80 wt%와 용제 20~50 wt%를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 전도성 재료는, 은, 구리, 알루미늄, 탄소, 니켈, 철, 바륨티타네이트 및 알루미늄 산화물 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 건조단계는, 80~130℃에서 5~15초 동안 실시되는 것을 특징으로 한다.
달리 말하여, 본 발명인 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조방법은 기판상의 음각패턴이 형성된 경화성수지층 상부 표면에 전도성 페이스트를 도포한 후, 상기 경화성수지층의 표면을 스크러빙(scrubbing)하여 상기 전도성 페이스트를 상기 음각패턴의 내부에 충진함과 동시에 상기 경화성수지층상의 잔존전도성 페이스트를 제거하여 투명유연전극을 제조하는 것을 특징으로 하여 달성되는 것을 의미한다.
한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조장치는 상부에 경화성수지층이 형성된 기판을 연속적으로 이송 공급하는 공급유닛; 상기 공급유닛에 의해 이송되는 기판의 경화성수지층 표면에 음각패턴을 형성시키는 스탬핑유닛; 상기 음각패턴이 형성된 경화성수지층의 표면에 전도성 페이스트를 도포하는 스퀴저유닛; 상기 경화성수지층에 도포된 전도성 페이스트를 건조시키는 건조유닛; 및 상기 건조된 전도성 페이스트를 스크러빙(scrubbing) 방식으로 상기 음각패턴의 내부에 충진하는 충진유닛;을 포함하며, 상기 스탬핑유닛, 상기 스퀴저유닛, 상기 건조유닛 및 상기 충진유닛은 상기 공급유닛 상에 상기 기판의 이송 방향을 따라 순차적으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 충진유닛은, 상기 경화성수지층의 표면에 접촉되도록 설치되어 상기 경화성수지층의 표면을 스크러빙(scrubbing)하면서 전도성 페이스트를 상기 음각패턴의 내부에 충진하는 1차 충진유닛; 및 상기 1차 충진유닛의 일측에 상기 경화성수지층의 표면에 접촉되도록 설치되어 상기 경화성수지층의 표면을 스크러빙(scrubbing)하면서 상기 음각패턴에 충진된 전도성 페이스트를 제외한 경화성수지층상의 잔존전도성 페이스트를 상기 음각패턴의 내부에 재충진하는 2차 충진유닛;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 충진유닛은, 상기 경화성수지층상에서 구동되는 베이스바디; 및 상기 베이스바디의 외주면에 장착되고, 상기 경화성수지층의 표면과 접촉되어 스크러빙(scrubbing)하는 충진부재;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 베이스바디는, 상기 베이스바디의 샤프트를 중심으로 하는 회전운동과, 병진운동이 함께 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 베이스바디는, 병진운동하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 베이스바디는, 원통 형상으로 이루어져 회전운동하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 베이스바디의 하단면은, 요철로 이루어져, 상기 음각패턴의 내부에 전도성 페이스트가 충진되는 과정에서 발생 가능한 상기 베이스바디의 하단면과 상기 충진부재 상단면 사이의 슬립(slip) 현상을 방지하는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 충진부재는, 솜, 브러시, 청정실용 와이퍼 및 PVA 스펀지 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 충진부재는, 상기 베이스바디의 외주면에 감싼 후, 상기 베이스바디의 샤프트 상측에 고무링으로 고정되는 것을 특징으로 한다.
혹은 상기 충진부재는, 상기 베이스바디의 하단면에 형성된 고정용 핀에 의해 고정 결합되는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 고정용 핀은 주사기 바늘이고, 상기 베이스바디의 내부에는 공간부가 형성되어, 외부에서 공간부에 수분 또는 유기용제가 공급되어, 상기 주사기 바늘을 통해 상기 충진부재에 수분 또는 유기용제가 공급되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 충진유닛의 양측에 각각 구비되는 예비충진유닛이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의한 본 발명에 따른 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조방법 및 제조장치는, 음각패턴이 형성된 경화성수지층의 상부에 전도성 페이스트를 도포한 후 충진부재가 장착된 1차 충진유닛으로 경화성수지층을 스크러빙함으로써 경화성수지층상의 전도성 페이스트를 음각패턴 내부에 충진하여 충진성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 충진부재가 장착된 2차 충진유닛을 이용해 1차 충진을 보완하고 경화성수지층의 표면의 세정함으로써, 미세한 전극패턴을 형성함과 동시에 시인성과 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명유연전극의 제조장치 개념도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 충진부재의 표면 구조도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 충진부재의 장착 모식도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 충진부재의 구동 예시도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 충진부재의 구동 예시도.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 충진부재의 구동 예시도.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 변경 가능한 충진유닛을 적용한 예시도.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명유연전극의 제조장치의 일부 상면도.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명유연전극의 단면도.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 음각패턴이 형성된 상태의 사진.
도 11은 도 10의 음각패턴의 단면을 나타낸 사진.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 전도성 페이스트가 충진된 상태의 사진.
도 13은 도 12의 전도성 페이스트가 충진된 상태의 단면을 나타낸 사진.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명유연전극의 제조장치 개념도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 투명유연전극의 제조장치는 공급유닛, 스탬핑유닛(100), 스퀴저유닛(200), 건조유닛(300), 충진유닛(400) 및 소성유닛(500)으로 이루어진다.
여기서 공급유닛과 더불어, 공급유닛 상에 기판(10)의 이송 방향을 따라 순차적으로 배치되는 스탬핑유닛(100), 스퀴저유닛(200), 건조유닛(300), 충진유닛(400) 및 소성유닛(500)을 더욱 상세히 기술해 보도록 하겠다.
본 발명의 공급유닛은 상부에 경화성수지층(20)이 형성된 필름 재질의 유연한 기판(10)을 연속적으로 이송시켜 공급하는 구성이라 할 수 있다.
즉, 공급유닛은 롤투롤(roll-to-roll) 시스템 방식에 적용될 수 있는 것으로, 이러한 롤투롤 시스템은 경화성수지층(20)이 형성된 기판(10)이 롤 형태로 권취되는 권취롤러와, 권취된 기판(10)을 권취 해제하며 견인 이동시키는 견인롤러로 구성될 수 있다.
말하자면, 견인롤러가 회전함에 따라 기판(10)이 권취롤러로부터 권취해제되어 수평방향으로 이동될 수 있는 것이다.
본 발명의 스탬핑유닛(100)은 공급유닛에 의해 이송되는 기판(10)상의 경화성수지층(20) 표면에 음각패턴(22)을 형성할 수 있도록 하는 구성이다.
상세하게는, 스탬핑유닛(100)은 회전롤(102)과 양각패턴부(104)로 구성될 수 있다. 여기서 회전롤(102)은 경화성수지층(20)의 표면에 접촉되도록 원형으로 형성되어 회전하고, 양각패턴부(104)는 경화성수지층(20) 상부에 형성되는 음각패턴(22) 형상에 대응되도록 회전롤(102)의 외주면에 일정 간격으로 복수 개가 형성되는 구성을 가진다.
이를 통하여, 전도성 페이스트를 도포하기 전에 스탬핑유닛(100)이 공급유닛의 이송 방향에 따라 회전하면서 경화성수지층(20)의 표면에 음각패턴(22)을 형성하는 작업을 원활하게 진행할 수 있다.
본 발명의 스퀴저유닛(200)은 스탬핑유닛(100)의 일측에 설치되고, 공급유닛의 상부에서 이격되게 위치한 페이스트 공급부(202)로부터 공급되는 전도성 페이스트를 스탬핑유닛(100)에 의해 음각패턴(22)이 형성된 경화성수지층(20)의 표면에 도포하는 구성을 가진다.
보다 구체적으로, 스퀴저유닛(200)은 경화성수지층(20)이 형성된 기판(10)을 이송시키는 공급유닛과 이격되게 위치하는 페이스트 공급부(202)로부터 토출되는 전도성 페이스트를 경화성수지층(20) 표면에 도포되게 함은 물론 음각패턴(22) 내부에도 일부 충진될 수 있도록 한다. 부가적으로, 페이스트 공급부(202)에는 정량토출장치가 연결되어 설치될 수 있다.
특히, 스퀴저유닛(200)의 하단은 라운드(round)지거나 곡률진 둥근 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 스퀴저유닛(200) 하단의 둥근 형상은 경화성수지층(20) 표면과의 거리 또는 압력을 제어부를 통해 변화시키면서 전도성 페이스트의 도포 두께 등을 조절 가능하게 해준다.
본 발명의 건조유닛(300)은 스퀴저유닛(200)에 의해 경화성수지층(20)에 도포된 전도성 페이스트를 건조시키는 구성으로, 공급유닛 이송경로 상의 스퀴저유닛(200) 일측에 위치되도록 배치된다.
이러한 건조유닛(300)의 내부에는 경화성수지층(20) 표면에 건조 바람을 송풍하는 송풍기(302)와, 경화성수지층(20)에 열을 전달하는 가열히터(304)를 설치할 수 있다.
아울러, 송풍기(302) 및 가열히터(304)는 제어부에 의해 동작 제어되도록 구성되며, 이를 통해 경화성수지층(20) 표면의 건조 상태에 따라 송풍기(302)의 풍량을 조절하거나 가열히터(304)의 열 공급량을 조절할 수 있다. 참고로, 건조유닛(300)에 배기장치를 포함하여 설치할 수 있다.
본 발명의 충진유닛(400)은 공급유닛 이송경로 상의 건조유닛(300) 일측에 설치되어, 건조유닛(300)을 통과한 경화성수지층(20) 표면의 전도성 페이스트를 스크러빙(scrubbing) 방식으로 음각패턴(22)의 내부에 충진하는 구성으로써, 1차 충진유닛(410)과 2차 충진유닛(420)으로 이루어진다.
첫째로, 1차 충진유닛(410)은 경화성수지층(20)의 표면에 접촉되도록 설치되어 경화성수지층(20)의 표면을 스크러빙(scrubbing)하면서 경화성수지층(20)상의 전도성 페이스트를 음각패턴(22)의 내부에 충진할 수 있는 구성을 가진다.
둘째로, 2차 충진유닛(420)은 음각패턴(22)에 충진된 전도성 페이스트를 제외한 경화성수지층(20)상의 나머지 잔존전도성 페이스트를 음각패턴(22)의 내부에 재충진할 수 있는 구성을 가진다.
이러한 2차 충진유닛(420)은 1차 충진유닛(410)의 일측에 설치되어 경화성수지층(20)의 표면에 접촉한 상태로 스크러빙(scrubbing)하여 재충진할 수 있도록 구성된다.
즉, 1차 충진유닛(410)과 2차 충진유닛(420)은 동일한 형상을 가질 수 있는 것으로, 경화성수지층(20)의 표면에서 구동되는 베이스바디(412, 422)와, 베이스바디(412, 422)의 외주면에 장착되고 경화성수지층(20)의 표면과 접촉되어 스크러빙(scrubbing)하는 충진부재(414, 424)로 구성될 수 있다. 참고로, 충진부재(414, 424)는 베이스바디(412, 422)가 회전함에 따라 회전되는 방식이거나, 베이스바디(412, 422)의 하단에 장착되어 병진운동되는 방식일 수 있다.
이때, 베이스바디(412, 422)의 외주면에 부착 또는 장착되는 충진부재(414, 424)로는 솜, 브러시, 청정실용 와이퍼 및 PVA 스펀지 중에서 어느 하나를 선택적으로 사용할 수 있다.
말하자면, 베이스바디(412, 422)의 외주면에 경화성수지층(20) 상부의 전도성 페이스트를 음각패턴(22) 내부로 유입할 수 있는 폴리에스터(Polyester), 나일론(Nylon), 탄소섬유, 셀룰로오즈(Cellulose), 폴리우레탄 및 PVA 중 하나 이상의 소재로 구성된 청정실(Clean room)용 와이퍼 또는 PVA 소재의 스펀지를 장착시킬 수 있다. 이러한 충진부재(414, 424)는 경화성수지층(20)을 손상시키지 않는 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 충진부재(414, 424)의 표면 구조도이다. 도 2-(a)는 섬유형태로 구성된 청정실용 와이퍼의 표면 구조도이며, 도 2-(b)는 PVA 스펀지의 표면 구조도이다.
도 2-(a)를 참조하면, 청정실용 와이퍼는 반도체 FAB 라인을 비롯한 Class 1,10 청정실용 와이퍼로 원단 절단면을 가열절단(Thermal Cutting) 처리하여 Edge 부분에서 발생하는 Particle 및 Lint 발생을 최소화한 초청정의 섬유 형태를 이루는 것을 알 수 있다. 청정실용 와이퍼는 섬유형태 이외에도 다공질 구조, 부직포 구조 등 다양한 형태로 제작되어 활용되어질 수 있다. 이러한 청정실용 와이퍼의 사양은 하기 표 1과 같다.
밀도 100~150g/m2
흡수 용량 ＞200ml/m2
흡수 효율 2~3ml/g
흡수 시간 ＜10sec/60mm
인장강도(인장 방향) ＞200kg
인장강도(단면 방향) ＞50kg
두께 250~750㎛
도 2-(b)를 참조하면, PVA 스펀지는 표면상으로는 단단한 블록처럼 보이나 기공을 포함하는 구조임을 알 수 있다. 즉, PVA 스펀지가 물에 젖게 되면 부드럽고 유연하게 변형되어 음각패턴(22)에 도포된 전도성 페이스트를 닦거나 문지를 때 표면 긁힘에 따른 손상을 전혀 남기지 않는 특성을 지니는 것을 알 수 있다. 이러한 PVA 스펀지의 사양은 하기 표 2와 같다.
기공률 60~95%
평균 기공 크기 20~200㎛
탄성 2~50kgf/cm2
밀도 0.05~0.25g/cm3
연신율 150~500%
흡수율 200~1500%
특히, 충진부재(414, 424)는 베이스바디(412, 422)의 외주면을 따라 이음매가 없는 하나의 띠 형태로 장착될 수 있다. 이렇게 충진부재(414, 424)가 이음매가 없는 하나의 띠 형태를 이루는 이유는, 전도성 페이스트가 도포된 음각패턴(22)을 포함한 경화성수지층(20) 표면에서의 충진 및 세정 효율을 극대화하기 위함이다.
만약 충진부재(414, 424)에 이음매가 있다면 이음매 부분에 전도성 페이스트 등이 흡착되어 충진 및 세정 효율을 저하시키는 문제를 발생시키게 된다. 이러한 점에 착안하여, 본 발명에서는 1차 충진유닛(410)과 2차 충진유닛(420) 각각의 베이스바디(412, 422) 외주면을 따라 이음매가 없는 형태인 하나의 충진부재(414, 424)를 장착하였다.
그리고 베이스바디(412, 422)에는 끼움부재 또는 접착부재 등이 부착 또는 형성되어 경우에 따라 충진부재(414, 424)를 쉽게 교체할 수 있다. 끼움부재 또는 접착부재는 고무링(450), 고정용 핀(460) 등이 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 충진부재(414, 424)의 장착 모식도이다. 도 3-(a)는 고무링(450)을 적용한 것으로, 충진부재(414, 424)를 베이스바디(412, 422)의 외주면에 감싼 후, 베이스바디(412, 422)의 샤프트 상측에 고무링(450)으로 고정되는 방식을 도시하였다. 3-(b)는 고정용 핀(460)을 적용한 것으로, 충진부재(414, 424)를 베이스바디(412, 422)의 하단면에 형성된 고정용 핀(460)에 의해 고정 결합되는 방식을 도시하였다.
도 3-(a)를 참조하면, 베이스바디(412, 422)의 외면을 청정실용 와이퍼(W)로 감싼 후 청정실용 와이퍼(W)의 상단부를 고무링(450)을 이용하여 고정시킬 수 있음을 나타내었다. 이때, 전도성 페이스트 충진 과정에서 발생 가능한 베이스바디(412, 422) 하단면과 청정실용 와이퍼(W) 상단면 사이의 슬립(Slip) 현상을 방지하기 위하여 베이스바디(412, 422)의 하단면을 미세한 요철을 가지는 구조로 형성시킴으로써 이를 방지하는 것이 바람직하다.
도 3-(b)를 참조하면, 베이스바디(412, 422)의 하단에 형성 또는 부착된 고정용 핀(460)에 PVA 스펀지(S)를 고정할 수 있음을 나타내었다. 이에 따라, 전도성 페이스트 충진 과정에서 발생 가능한 베이스바디(412, 422) 하단면과 PVA 스펀지(S) 상단면 사이의 슬립(Slip) 현상을 방지할 수 있다.
특히, PVA 스펀지(S)는 원활한 충진 및 세정 효과를 위해서 일정량의 수분을 함유해야 하는데, 베이스바디(412, 422)의 하단에 부착된 고정용 핀(460)을 주사기의 바늘 형태로 제조하여 수분 또는 유기용제(M)를 공급할 수 있는 기능을 부여할 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 충진부재(414, 424)의 구동 예시도이다. 도 4를 참조하면, 베이스바디(412, 422)는 샤프트를 중심으로 하는 회전운동과 병진운동이 함께 이루어지는 것을 알 수 있다.
도 4-(a)는 PVA 스펀지(S)가 장착된 베이스바디(412, 422)가 회전운동과 병진운동되는 복합운동의 상면을 도시하였다. 도 4-(b)는 PVA 스펀지(S)가 장착된 베이스바디(412, 422)가 병진운동과 회전운동되는 복합운동의 측면을 도시하였다.
도 4-(a)를 참조하면, 전도성 페이스트를 충진하고자 하는 영역보다 상대적으로 넓은 면적을 가지는 PVA 스펀지(S)가 사용되는 것을 알 수 있다.
도 4-(b)를 참조하면, 롤투롤 공정에 연동되어 운동하는 기판(10)에서 베이스바디(412, 422)의 샤프트를 중심으로 회전운동과 병진운동을 복합적으로 수행하여 전도성 페이스트가 원활하게 경화성수지층(20)의 음각패턴(22)으로 충진될 수 있도록, 베이스바디(412, 422)를 구동시키는 것을 알 수 있다.
그리고 베이스바디(412, 422)에 부착된 고정용 핀(460)을 주사기의 바늘 형태로 제작하여 PVA 스펀지(S)에 수분 또는 유기용제(M)를 공급할 수 있는 기능을 할 수 있도록 하였다. 도시되지는 않았으나, 수분 또는 유기용제(M)의 공급을 위해서는 베이스바디(412, 422)의 내부에 공간부가 형성되고, 외부에서 호스 등을 통해 상기 공간부에 수분 또는 유기용제(M)가 공급되고, 상기 공간부에 공급된 수분 또는 유기용제(M)는 주사기 바늘 형태의 고정용 핀(460)을 통해서 PVA 스펀지 등의 충진부재(414, 424)에 공급되게 된다.
이는 경화성수지층(20)의 표면에 긁힘이나 상처를 전혀 남기지 않고 원활한 충진 및 세정 효과를 발현해낼 수 있도록 하기 위함이다.
이때, 충진부재(414, 424)의 운동조건은 0.01~2 bar atm의 가압량, 병진운동 및 회전운동의 이송 속도는 5~100 cm/s인 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 충진부재(414, 424)의 구동 예시도이다. 도 5를 참조하면, 베이스바디(412, 422)가 병진운동하는 것을 알 수 있다.
도 5-(a)는 PVA 스펀지(S)가 장착된 베이스바디(412, 422)가 직선 병진운동하는 상면을 도시하였다. 도 5-(b)는 PVA 스펀지(S)가 장착된 베이스바디(412, 422)가 직선 병진운동하는 측면을 도시하였다.
도 5-(a)를 참조하면, 전도성 페이스트를 충진하고자 하는 영역보다 상대적으로 넓은 면적을 가지는 PVA 스펀지(S)가 사용되는 것을 알 수 있다.
도 5-(b)를 참조하면, 롤투롤 공정에 연동되어 운동하는 기판(10)에 직선 방향의 병진운동을 수행하여 전도성 페이스트가 경화성수지층(20)의 음각패턴(22)에 원활히 충진될 수 있도록 베이스바디(412, 422)를 구동시키는 것을 알 수 있다.
그리고 베이스바디(412, 422)에 부착된 고정용 핀(460)을 주사기의 바늘 형태로 제작하여 수분 또는 유기용제(M)를 공급할 수 있는 기능을 할 수 있도록 하였다. 이는 경화성수지층(20)의 표면에 긁힘이나 상처를 전혀 남기지 않고 원활한 충진 및 세정 효과를 발현해낼 수 있도록 한 것이다.
이때, 충진부재(414, 424)의 운동조건은 0.01~2 bar atm의 가압량, 직선 왕복 이송 속도는 5~100 cm/s인 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 충진부재의 구동 예시도이다. 도 6을 참조하면, 베이스바디가 원통 형상으로 이루어져 회전운동하는 것을 알 수 있다.
도 6-(a)는 PVA 스펀지(S)가 장착된 베이스바디(412, 422)가 회전운동하는 상면을 도시하였다. 도 6-(b)는 PVA 스펀지(S)가 장착된 베이스바디(412, 422)가 회전운동하는 측면을 도시하였다.
도 6-(a)를 참조하면, 전도성 페이스트를 충진하고자 하는 영역보다 상대적으로 넓은 면적을 가지는 PVA 스펀지(S)가 사용되는 것을 알 수 있다.
도 6-(b)를 참조하면, 롤투롤 공정에 적합하게 적용하기 위해 PVA 스펀지(S)를 원통 형상의 베이스바디(412, 422)에 부착하여 충진을 수행할 수 있음을 도시하였다.
즉, 롤투롤 공정에 연동되어 운동하는 기판(10)에서 회전운동을 수행하여 전도성 페이스트가 경화수지층(20)의 음각패턴(22) 내부로 원활하게 충진될 수 있도록 베이스바디(412, 422)를 구동시키는 것을 알 수 있다.
마찬가지로, 베이스바디(412, 422)에 부착된 고정용 핀(460)을 주사기의 바늘 형태로 제작하여 수분 또는 유기용제(M)를 공급할 수 있는 기능을 할 수 있도록 하였다. 이는 경화성수지층(20)의 표면에 긁힘이나 상처를 전혀 남기지 않고 원활한 충진 및 세정 효과를 발현해낼 수 있도록 한 것이다.
이때, 충진부재(414, 424)의 운동조건은 0.01~2 bar atm의 가압량, 회전운동 이송 속도는 5~100 cm/s인 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 변경 가능한 충진유닛을 적용한 예시도이다. 도 7을 참조하면, 1차 충진유닛, 2차 충진유닛 등을 구성함에 있어서, 병진/회전의 병합운동, 직선 병진운동, 회전운동 등을 하는 베이스바디(412, 422)를 적절하게 혼용하여 사용할 수 있음을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명유연전극의 제조장치의 일부 상면도이다. 도 8을 참조하면, 1차 충진유닛(410)과 2차 충진유닛(420)이 연속적인 충진작업이 가능하도록 예비충진유닛이 추가로 설치되는 것을 도시하였다. 단, 본 발명의 예비충진유닛은 제1 예비충진유닛(430)과 제2 예비충진유닛(440)으로 구성된다.
말하자면, 1차 충진유닛(410)의 충진작업이 연속적으로 진행될 수 있도록 제1 예비충진유닛(430)을 1차 충진유닛(410)을 중심으로 서로 대향되도록 공급유닛의 이송경로 외부에 설치할 수 있다.
다시 말하여, 1차 충진유닛(410)의 베이스바디(412)에 장착된 충진부재(414)가 오염될 경우, 1차 충진유닛(410)이 이송수단에 의해 공급유닛의 이송경로 외부에 설치된 예비충진유닛으로 이동하여 대기하고 있던 제1 예비충진유닛(430)이 공급유닛의 이송경로상으로 교체되어 이송되는 작동을 연속적으로 수행할 수 있는 구성을 가질 수 있음을 의미한다.
단, 그리고 제1 예비충진유닛(430)의 구조와 제2 예비충진유닛(440)의 구조는 동일한 구성을 가지며, 2차 충진유닛(420)의 양측에 구비되는 제2 예비충진유닛(440)의 원리는 제1 예비충진유닛(430)이 작동하는 원리와 동일하다.
정리하자면, 1차 충진유닛(410)의 베이스바디(412)에 장착된 충진부재(414)가 경화성수지층(20)의 표면에 접촉한 상태로 스크러빙(scrubbing)하면서 경화성수지층(20)상의 전도성 페이스트를, 스퀴저유닛(200)에 의해 전도성 페이스트가 일부 충진된 음각패턴(22) 내부로 충진시킬 수 있다.
이때, 베이스바디(412)에 장착된 충진부재(414)가 오염되었을 경우 1차 충진유닛(410)의 양측에 대기하고 있던 제1 예비충진유닛(430)이 이송수단에 의해 공급유닛의 이송경로상으로 이송되어 충진작업을 연속적으로 수행할 수 있는 것이다.
이후, 1차 충진시 발생할 수 있는 결함(즉, 경화성수지층(20)상의 미세하게 남아있는 잔존전도성 페이스트에 함유된 금속 파우더 등)을 2차 충진유닛(420)의 베이스바디(422)가 회전, 병진운동 등을 함에 따라 베이스바디(422)에 장착된 충진부재(424)가 경화성수지층(20)의 표면을 스크러빙(scrubbing)하여 보완함으로써 경화성수지층(20) 표면의 세정기능을 수행할 수도 있다.
여기서 2차 충진유닛(420) 역시 1차 충진유닛(410)의 구성과 마찬가지로, 2차 충진유닛(420)의 양측에 제2 예비충진유닛(440)을 위치시킨다. 이로 인하여, 2차 충진유닛(420)의 베이스바디(422)에 장착된 충진부재(424)가 오염될 경우 2차 충진유닛(420)의 양측에 대기하고 있던 제2 예비충진유닛(440)이 이송수단에 의해 공급유닛의 이송경로상으로 이송되어 충진작업을 연속적으로 수행할 수 있다.
이처럼 경화성수지층(20)이 형성된 기판(10)이 1차 충진유닛(410)을 통과한 후 2차 충진유닛(420)을 통과하면서 전극패턴(30)이 형성된 투명유연전극을 완성할 수 있다.
본 발명의 소성유닛(500)은 충진유닛(400)의 일측에 설치되는 것으로, 소성챔버(502)와 소성챔버(502) 내에 설치되는 소성히터(504)로 구성된다.
즉, 소성유닛(500)은 투명유연전극이 공급유닛의 이송방향에 따라 충진유닛(400)을 지나 소성챔버(502)를 통과하면서 소성히터(504)에 의해 소성처리될 수 있는 구성을 가진다. 부가적으로, 소성히터(504)는 소성챔버(502) 내부에서 공급유닛을 중심으로 상측 혹은 하측에 설치될 수 있다. 그리고 소성히터(504)는 전기로 방식으로 실시될 수 있다.
한편, 상술한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 투명유연전극의 제조장치에 따른 작용과 아울러, 전도성 페이스트를 이용하여 투명유연전극을 제조하는 방법에 대하여 기술해보도록 하겠다.
이러한 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조방법은, 기판(10)상의 음각패턴(22)이 형성된 경화성수지층(20) 상부 표면에 전도성 페이스트를 도포한 후, 경화성수지층(20)의 표면을 스크러빙(scrubbing)하여 전도성 페이스트를 음각패턴(22)의 내부에 충진함과 동시에 경화성수지층(20)상의 잔존전도성 페이스트를 제거하여 투명유연전극을 제조하는 것이 특징이라 할 수 있다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명유연전극의 단면도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명유연전극은 수지층 형성단계, 패턴 형성단계, 페이스트 도포단계, 건조단계, 투명유연전극 형성단계 및 소성단계를 거쳐 제조될 수 있다.
먼저, 수지층 형성단계에 대하여 설명해보고자 한다.
수지층 형성단계는 필름 재질의 유연한 기판(10)의 상부에 경화성수지를 도포하여 경화성수지층(20)을 형성하는 단계이다.
즉, 소정의 점도를 가지는 경화성수지를 유연성을 가지는 기판(10) 위에 도포한 후 블레이드 등의 도구를 이용해 표면 정리를 함으로써 1~10 ㎛ 범위의 두께를 가지는 경화성수지층(20)을 형성한다. 단, 경화성수지층(20)의 두께는 이에 한정되는 것만은 아니다.
여기서 경화성수지로 자외선 경화성수지와 열 경화성수지 중에서 선택하여 사용할 수 있으나, 본 발명에서는 자외선 경화성수지를 적용하였다.
그리고 유연성을 가지는 기판(10)으로 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethyleneterephthalate)를 적용하였다.
뿐만 아니라, 본 발명의 기판(10)으로 폴리카보네이트(PC, polycarbonate), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, polymethyl methacrylate), 폴리이미드(PI, polyimide), 폴리프로필렌(PP, polypropylene), 아크릴(Acryl), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN, polyethylene naphthalate), 트리아세테이트 셀룰로즈(TAC, triacetate cellulose), 폴리에테르설폰(PES, polyether sulfone), ITO(Indium Tin Oxide) 박막이 증착된 고분자 필름 등도 사용 가능하며, 반드시 이에 한정되는 것만은 아니다.
다음으로, 패턴 형성단계에 대하여 설명해보고자 한다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 음각패턴(22)이 형성된 상태의 사진이며, 도 11은 도 10의 음각패턴(22) 단면을 나타낸 사진이다. 부가적으로, 도 11-(a)는 음각패턴(22)이 형성된 경화성수지층(20)의 단면도를 나타내었으며, 도 11-(b)는 도 11-(a)를 확대하여 나타내었다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 경화성수지층(20)에 형성되는 음각패턴(22)은 패턴 형성단계를 통하여 형성될 수 있음을 알 수 있다. 즉, 패턴 형성단계는 음각패턴(22)에 대응되는 양각패턴부(104)가 회전롤(102)의 외주면에 형성된 스탬핑유닛(100)이 경화성수지층(20)에 압착되어 돌기 형상의 양각패턴부(104)를 경화성수지층(20)으로 전사시키는 단계라 할 수 있다.
이후에 음각패턴(22)이 전사된 경화성수지층(20)에 자외선을 조사시킴으로써 경화시킨다. 즉, 경화성수지가 기판(10)과 접촉하여 접촉면적이 넓어진 상태에서 경화되어 기판(10)과의 접착력이 증대되는 원리로써, 홈 형상의 음각패턴(22) 또한 경화하게 된다.
이때, 자외선의 광원으로는 수은램프, 자외선 형광램프, 자외선 LED 등을 선택적으로 사용할 수 있다. 참고로 열 경화성수지 사용시에는 경화 온도까지 열을 가함으로써 경화시킬 수 있다.
다음으로, 페이스트 도포단계에 대하여 설명해보고자 한다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 전도성 페이스트가 충진된 상태의 사진이며, 도 13은 도 12의 전도성 페이스트가 충진된 상태의 단면을 나타낸 사진이다. 부가적으로, 도 13-(a)는 음각패턴(22)에 전도성 페이스트가 충진된 경화성수지층(20)의 단면도를 나타내었으며, 도 13-(b)는 도 13-(a)를 확대하여 나타내었다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 음각패턴(22) 내부에 전도성 페이스트가 충진된 상태를 확인할 수 있다. 즉, 음각패턴(22)이 형성된 경화성수지층(20)의 상부에 전도성 페이스트를 스퀴즈(squeeze)법을 이용하여 도포하는 페이스트 도포단계를 거쳐 전도성 페이스트가 일부 충진되는 것이다.
말하자면, 페이스트 공급부(202)로부터 공급되는 전도성 페이스트를 경화성수지층(20)의 표면과 접촉하도록 하단이 둥글게 형성된 스퀴저유닛(200) 즉, 스퀴저(squeezer)를 이용하여 도포할 수 있다.
즉, 페이스트 공급부(202)로부터 공급되는 전도성 페이스트를 스퀴저유닛(200)을 통해 경화성수지층(20) 표면상의 폭방향으로 도포하고, 스퀴저유닛(200)을 경화성수지층(20)의 길이방향으로 이동시키면서 전도성 페이스트를 음각패턴(22)이 형성된 경화성수지층(20) 표면 전체에 균일하게 도포하게 된다.
특히, 본 발명의 전도성 페이스트를 기술해보자면 다음과 같다.
즉, 본 발명에서는 전도성 재료 50~80 wt%와 용제 20~50 wt%를 포함하는 전도성 페이스트를 사용하였으며, 이하에서 전도성 페이스트의 조성을 설명해보도록 하겠다.
첫째로, 전도성 재료는 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 탄소(C), 니켈(Ni), 철(Fe), 바륨티타네이트(BaTiO3) 및 알루미늄 산화물(Al2O3) 중 어느 하나 이상을 선택하여 적용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 은(Ag)을 적용할 수 있다.
여기서 은(Ag)은 금속 파우더로써 소성 후 전도성을 가지며 전기가 흐르는 통로 역할을 하게 되는데, 1 ㎛ 미만의 미세한 음각패턴(22) 내부에 충진시키기 위해서는 20~100nm 범위의 크기를 가지는 입자로 구성되는 은(Ag)을 사용하는 것이 바람직하다.
단, 은(Ag) 함량이 50 wt% 미만이면 전기가 흐르는 전극패턴(30) 역할을 수행하기에 미미할 수 있으며, 80 wt%를 초과하면 전도성 페이스트의 점도가 높아져서 미세한 전극패턴(30)의 성형이 불량스러워질 우려가 있으므로, 은(Ag)은 50~80 wt%의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
둘째로, 용제(solvent)는 전도성 페이스트가 전극패턴(30)을 형성할 수 있도록 유동성을 증대시켜 주는 것으로, 이러한 용제는 소성시 휘발(또는 분해)되어 제거되는 성질을 지닌다.
이때, 용제가 20 wt% 미만으로 첨가되면 전도성 페이스트의 유동성이 낮아져 전극패턴(30)을 형성하는데 어려움이 뒤따르며, 50 wt% 초과시 전도성 페이스트의 유동성이 증가하여 음각패턴(22) 내부로의 충진 특성은 양호하나 소성 과정을 거치면서 과도한 수축이 발생하여 최종적으로 구현된 전극패턴(30)의 전기적인 특성을 저하시키는 문제를 유발할 수 있으므로, 용제는 20~50 wt%의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
여기서, 용제로는 벤질알코올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 아세톤, 메탄올, 에탄올, 부탄올, 톨루엔, 크실렌, 벤젠 및 이들의 유도체 중 어느 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있으며, 용제의 종류가 반드시 이에 한정되는 것만은 아니다.
다음으로, 건조단계에 대하여 설명해보고자 한다.
건조단계는 전도성 페이스트가 도포된 경화성수지층(20)을 일부 건조시키는 공정으로써, 송풍기(302) 및 가열히터(304)가 구비된 건조유닛(300)을 이용하여 전도성 페이스트를 일부 건조시킬 수 있는 단계를 일컫는다.
여기서, 80~130℃로 유지되는 건조용 오븐 등의 건조유닛(300)에서 5~15초(더욱 바람직하게는 10초)의 범위로 유지시켜 용제(solvent)를 일부 휘발시켜 제거하는 것이 바람직한 이유는 다음과 같다.
만약 건조 온도가 130℃를 초과하거나 건조 시간이 15초를 경과하면 전도성 페이스트에 함유된 용제가 모두 휘발되면서 경화성수지층(20)에 너무 강하게 흡착되므로, 음각패턴(22) 내부로의 전도성 페이스트 충진이 제대로 이루어지지 않을 수 있다.
또한, 건조 온도가 80℃ 미만이거나 건조 시간이 5초 미만이면 전도성 페이스트에 함유된 용제가 후술될 투명유연전극 형성단계의 충진유닛(400) 구성인 베이스바디(412, 422)에 부착된 PVA 스펀지 등의 충진부재(414, 424)에 잔류하게 되어 양호한 충진율을 이룰 수 없다는 단점이 있다.
이에 따라, 건조단계에서는 전도성 페이스트가 도포된 경화성수지층(20)을 80~130℃의 온도와 5~15초의 시간 범위를 유지하여 건조시키는 것이 바람직하다.
다음으로, 투명유연전극 형성단계에 대하여 설명해보고자 한다.
구체적으로, 건조단계의 건조를 거치면서 전도성 페이스트 내부에 남아있는 소량의 용제와, 음각패턴(22)에 충진하고 남은 잔존전도성 페이스트(이는, 금속 파우더일 수 있으며, 본 발명에서는 은(Ag) 파우더일 수 있다.)를 충진유닛(400)의 구성인 베이스바디(412, 422)에 장착된 충진부재(414, 424)가 흡수한다.
이에 따라, 음각패턴(22) 내부에 잔존전도성 페이스트가 양호하게 충진될 뿐만 아니라 경화성수지층(20)의 표면 또한 세정하는 역할을 하게 된다.
즉, 투명유연전극 형성단계는 건조된 경화성수지층(20)의 표면을 스크러빙(scrubbing)하면서 전도성 페이스트가 도포된 음각패턴(22)을 제외한 경화성수지층(20) 표면의 잔존전도성 페이스트를 음각패턴(22)의 내부에 충진하는 단계이다.
구체적으로, 투명유연전극 형성단계는 1차 충진단계와 2차 충진단계로 구성된다.
1차 충진단계는 건조된 경화성수지층(20)의 표면을 1차 스크러빙(scrubbing)하면서 경화성수지층(20)상의 전도성 페이스트를 음각패턴(22)의 내부에 충진하는 단계이다.
말하자면, 청정실용 와이퍼 또는 실리콘 웨이퍼 세정에 사용되는 PVA 스펀지 등의 충진부재(414)가 장착된 1차 충진유닛(410)이 경화성수지층(20)의 표면에 접촉한 상태로 회전하면서 전도성 페이스트를 문질러서 제거함과 동시에 전도성 페이스트를 음각패턴(22) 내부에 충진할 수 있는 단계이다.
다시 말하여, 전술된 페이스트 도포단계의 스퀴저유닛(200)을 통하여 전도성 페이스트 일부가 음각패턴(22)의 내부로 충진되는데, 투명유연전극 형성단계는 페이스트 도포단계에서 음각패턴(22) 내부에 일부 충진되고 남은 경화성수지층(20)상의 전도성 페이스트(용제 일부 함유)가 베이스바디(412)의 외주면에 장착된 PVA 스펀지 등으로 이루어진 충진부재(414)에 흡착되어 경화성수지층(20)의 표면으로부터 박리되면서 음각패턴(22) 내부에 충진되는 방식이다.
이때, 충진부재(414)로 사용되는 PVA 스펀지 외에도 솜, 브러시, 청정실용 와이퍼 등이 사용될 수도 있다.
그리고 베이스바디(412)의 외주면에 부착 또는 장착되는 PVA 스펀지 내부에 흡착되는 은(Ag) 파우더를 전용 식각액에 담글 경우, 은(Ag)은 PVA 스펀지 내부에서 식각액으로 녹아나와서 PVA 스펀지와 은(Ag) 파우더의 재활용이 가능하다는 장점이 있음을 알 수 있다.
달리 말하면, 1차 충진단계를 수행하는 PVA 스펀지에 존재하는 전도성 페이스트에 함유된 금속을 재활용하기 위하여, 금속에 적합한 식각액을 이용하여 PVA 스펀지 등으로부터 금속을 분리할 수 있다.
1차 충진단계를 거친 후에는 2차 충진단계를 진행하게 된다. 2차 충진단계에서는 음각패턴(22)의 내부에 충진된 전도성 페이스트를 제외한 경화성수지층(20) 표면의 나머지 잔존전도성 페이스트를 2차 스크러빙(scrubbing)하여 음각패턴(22)의 내부에 재충진해 전극패턴(30)을 형성하여 투명유연전극을 제조하게 된다.
즉, 2차 충진단계는 1차 충진단계를 진행한 후에도 경화성수지층(20)의 표면이 충분히 깨끗하지 못할 경우 새로운 충진부재(424)가 베이스바디(422)의 외주면에 장착된 2차 충진유닛(420)을 이용하여 반복 작업을 실시하는 단계라 할 수 있다. 단, 2차 충진단계의 충진부재(424)는 1차 충진단계의 충진부재(414)와 동일하므로, 더이상의 설명은 여기서 생략하기로 한다.
특히, 스퀴저유닛(200)을 통과하면서 발생할 수 있는 경화성수지층(20) 표면의 잔여 이물질을, 2차 충진단계의 2차 충진유닛(420)이 경화성수지층(20) 표면에 접촉한 상태로 스크러빙(scrubbing)하면서 세정하는 역할 또한 하게 된다.
이에 따라, 선폭이 500nm~3㎛ 범위의 미세한 전극패턴(30)이 형성되도록 전도성 페이스트를 양호하게 충진할 수 있는 효과를 발현해 낼 수 있는 것이다.
특히, 투명유연전극 형성단계에서 사용되는 1차 충진유닛(410)과 2차 충진유닛(420) 각각의 양측에는 예비충진유닛이 구비될 수 있다. 이러한 예비충진유닛은 제1 예비충진유닛(430)과 제2 예비충진유닛(440)으로 구성될 수 있는데, 이미 상술한 투명유연전극의 제조장치 구성인 제1 예비충진유닛(430)과 제2 예비충진유닛(440)과 동일한 것이므로, 더이상의 설명은 여기서 생략하기로 한다.
마지막으로, 소성단계에 대하여 설명해보고자 한다.
소성단계는 투명유연전극을 100~140℃에서 1~10분 동안 소성하여 전기적인 특성을 향상시키는 단계로써, 소성챔버(502)와 소성히터(504)로 이루어진 소성유닛(500)을 이용하여 소성을 실시하는 단계라 할 수 있다.
즉, 소성단계는 음각패턴(22) 내부로의 전도성 페이스트 충진 및 경화성수지층(20)의 표면 세정 작업이 끝난 투명유연전극을, 내부가 100~140℃(바람직하게는, 130℃)로 유지되는 소성유닛(500)에서 1~10분(바람직하게는, 5분 이하) 동안 소성시켜 최종 투명유연전극이 완성되는 단계이다.
여기서, 소성 온도가 100℃ 미만이거나 소성 시간이 1분 미만이면 소성이 충분히 일어나지 않는 문제가 있고, 소성 온도가 140℃를 초과하거나 소성 시간이 10분을 경과하는 경우 필름 재질의 유연한 기판(10)이 변형을 일으킬 우려가 있을 뿐만 아니라 에너지가 낭비되는 문제가 있다. 따라서, 소성단계에서는 100~140℃에서 1~10분 동안 소성을 실시하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명은, 경화성수지층(20)에 형성된 음각패턴(22) 내부에 전도성 페이스트를 도포하는 방식을 활용하여 미세한 전극패턴(30)을 형성 가능하게 함으로써 시인성과 전기적 특성이 향상된 투명유연전극을 제조할 수 있다.
이에 따른 투명유연전극을 터치 스크린 패널, 태양전지, OLED 디스플레이 패널에 적용 가능하게 함으로써, 투명유연전극의 광범위한 상용화를 달성할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것도 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 기판 20: 경화성수지층
22: 음각패턴 30: 전극패턴
100: 스탬핑유닛 102: 회전롤
104: 양각패턴부 200: 스퀴저유닛
202: 페이스트 공급부 300: 건조유닛
302: 송풍기 304: 가열히터
400: 충진유닛 410: 1차 충진유닛
412: 베이스바디 414: 충진부재
420: 2차 충진유닛 422: 베이스바디
424: 충진부재 430: 제1 예비충진유닛
440: 제2 예비충진유닛 450: 고무링
460: 고정용 핀 500: 소성유닛
502: 소성챔버 504: 소성히터
M: 수분 또는 유기용제 S: PVA 스펀지
W: 청정실용 와이퍼

Claims (23)

  1. 기판의 상부에 경화성수지층을 형성시키는 수지층 형성단계;
    상기 경화성수지층에 음각패턴을 형성시키는 패턴 형성단계;
    상기 음각패턴이 형성된 경화성수지층의 상부에 전도성 페이스트를 도포하는 페이스트 도포단계;
    상기 전도성 페이스트가 도포된 경화성수지층을 건조시키는 건조단계;
    상기 건조된 경화성수지층의 표면을 스크러빙(scrubbing)하여 상기 전도성 페이스트를 상기 음각패턴의 내부에 충진함과 동시에 상기 경화성수지층상의 잔존전도성 페이스트를 제거하여 투명유연전극을 제조하는 투명유연전극 형성단계; 및
    상기 투명유연전극을 소성시키는 소성단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투명유연전극 형성단계는,
    상기 건조된 경화성수지층상의 전도성 페이스트가 상기 음각패턴의 내부에 충진되도록, 상기 경화성수지층의 표면을 1차 스크러빙(scrubbing)하는 1차 충진단계; 및
    상기 1차 스크러빙(scrubbing)된 경화성수지층상의 잔존전도성 페이스트가 상기 음각패턴의 내부에 재충진되어 전극패턴을 형성하도록, 상기 경화성수지층의 표면을 2차 스크러빙(scrubbing)하는 2차 충진단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스크러빙(scrubbing)은,
    솜, 브러시, 청정실용 와이퍼 및 PVA 스펀지 중 어느 하나 이상을 사용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 페이스트 도포단계의 전도성 페이스트는,
    전도성 재료 50~80 wt%와 용제 20~50 wt%를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전도성 재료는,
    은, 구리, 알루미늄, 탄소, 니켈, 철, 바륨티타네이트 및 알루미늄 산화물 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 용제는,
    벤질알코올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 아세톤, 메탄올, 에탄올, 부탄올, 톨루엔, 크실렌, 벤젠 및 이들의 유도체 중 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 건조단계는,
    80~130℃에서 5~15초 동안 실시되는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 수지층 형성단계의 기판은,
    폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate), 폴리이미드(PI, polyimide), 폴리프로필렌(PP, polypropylene), 폴리카보네이트(PC, polycarbonate), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, polymethyl methacrylate), 아크릴(Acryl), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN, polyethylene naphthalate), 트리아세테이트 셀룰로즈(TAC, triacetate cellulose), 폴리에테르설폰(PES, polyether sulfone), ITO 박막이 증착된 고분자 필름 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조방법.
  9. 투명유연전극을 제조하는 방법에 있어서,
    기판상의 음각패턴이 형성된 경화성수지층 상부 표면에 전도성 페이스트를 도포한 후, 상기 경화성수지층의 표면을 스크러빙(scrubbing)하여 상기 전도성 페이스트를 상기 음각패턴의 내부에 충진함과 동시에 상기 경화성수지층상의 잔존전도성 페이스트를 제거하여 투명유연전극을 제조하는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조방법.
  10. 상부에 경화성수지층이 형성된 기판을 연속적으로 이송 공급하는 공급유닛;
    상기 공급유닛에 의해 이송되는 기판의 경화성수지층 표면에 음각패턴을 형성시키는 스탬핑유닛;
    상기 음각패턴이 형성된 경화성수지층의 표면에 전도성 페이스트를 도포하는 스퀴저유닛;
    상기 경화성수지층에 도포된 전도성 페이스트를 건조시키는 건조유닛; 및
    상기 건조된 전도성 페이스트를 스크러빙(scrubbing) 방식으로 상기 음각패턴의 내부에 충진하는 충진유닛;을 포함하며,
    상기 스탬핑유닛, 상기 스퀴저유닛, 상기 건조유닛 및 상기 충진유닛은 상기 공급유닛 상에 상기 기판의 이송 방향을 따라 순차적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 충진유닛은,
    상기 경화성수지층의 표면에 접촉되도록 설치되어 상기 경화성수지층의 표면을 스크러빙(scrubbing)하면서 전도성 페이스트를 상기 음각패턴의 내부에 충진하는 1차 충진유닛; 및
    상기 1차 충진유닛의 일측에 상기 경화성수지층의 표면에 접촉되도록 설치되어 상기 경화성수지층의 표면을 스크러빙(scrubbing)하면서 상기 음각패턴에 충진된 전도성 페이스트를 제외한 경화성수지층상의 잔존전도성 페이스트를 상기 음각패턴의 내부에 재충진하는 2차 충진유닛;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 충진유닛은,
    상기 경화성수지층상에서 구동되는 베이스바디; 및
    상기 베이스바디의 외주면에 장착되고, 상기 경화성수지층의 표면과 접촉되어 스크러빙(scrubbing)하는 충진부재;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 베이스바디는,
    상기 베이스바디의 샤프트를 중심으로 하는 회전운동과, 병진운동이 함께 이루어지는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 베이스바디는,
    병진운동하는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 베이스바디는,
    원통 형상으로 이루어져 회전운동하는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조장치.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 베이스바디의 하단면은,
    요철로 이루어져, 상기 음각패턴의 내부에 전도성 페이스트가 충진되는 과정에서 발생 가능한 상기 베이스바디의 하단면과 상기 충진부재 상단면 사이의 슬립(slip) 현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조장치.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 충진부재는,
    솜, 브러시, 청정실용 와이퍼 및 PVA 스펀지 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조장치.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 충진부재는,
    상기 베이스바디의 외주면에 감싼 후, 상기 베이스바디의 샤프트 상측에 고무링으로 고정되는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조장치.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 충진부재는,
    상기 베이스바디의 하단면에 형성된 고정용 핀에 의해 고정 결합되는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 고정용 핀은 주사기 바늘이고, 상기 베이스바디의 내부에는 공간부가 형성되어,
    외부에서 공간부에 수분 또는 유기용제가 공급되어, 상기 주사기 바늘을 통해 상기 충진부재에 수분 또는 유기용제가 공급되는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조장치.
  21. 제10항에 있어서,
    상기 충진유닛의 양측에 각각 구비되는 예비충진유닛이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조장치.
  22. 제10항에 있어서,
    상기 스탬핑유닛은,
    상기 경화성수지층의 표면에 접촉되도록 형성되어 회전하는 회전롤; 및
    상기 회전롤의 외주면에 상기 음각패턴 형상에 대응되도록 형성되는 복수 개의 양각패턴부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조장치.
  23. 제10항에 있어서,
    상기 충진유닛의 일측에는,
    소성챔버와, 상기 소성챔버 내에 설치되는 소성히터로 이루어진 소성유닛이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트를 이용한 투명유연전극의 제조장치.
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